(57)【要約】【課題】ノズルに形成されるメニスカスの変位量を精度よく制御し、所望の量の液体を精度よく安定して吐出可能にする。【解決手段】圧電素子３でノズル１０のメニスカスを一定以上の凸に選択制御した上で、吐出電圧を印加し静電吸引力によって選択されたノズル１０から液滴を吐出する構成を有する。ノズル１０を樹脂基材４と第２シリコン基材５の接合基材で構成し、第２シリコン基材５に溝１３を有する第１シリコン基材２を接合してノズル１０に接続する液体流路を構成した。これによりヤング率の高いシリコン材料により液体流路が高剛性に構成され、圧電素子３の駆動により発生した圧力の液体流路の弾性変形による減衰を低いレベルに抑え、メニスカスの変位量を高精度に制御する。樹脂基材４としては体積低効率の高い材料を適用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基材が接合されてなる複合基材に、前記複数の基材を貫通し、吐出口と流入口とを相対する面に開口させるノズルが形成されてなるノズル形成基材と、
少なくとも一面に溝が形成された溝形成基材とを有し、
前記ノズル形成基材の前記流入口が開口する面と前記溝形成基材の前記溝が形成された面とが接合されて前記流入口が開口する面と前記溝とで前記流入口に接続する液体流路が形成され、
前記ノズル内の液体を帯電させる電極と、前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルに形成されるメニスカスを制御する加圧手段とが設けられ、
前記複合基材のうち少なくとも前記流入口が開口する基材及び前記溝形成基材がヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料で構成されてなることを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項２】
複数の基材が接合されてなる複合基材に、前記複数の基材を貫通し、吐出口と流入口とを相対する面に開口させるノズルが形成されてなるノズル形成基材と、
少なくとも一面に溝が形成された溝形成基材とを有し、
前記ノズル形成基材の前記流入口が開口する面と前記溝形成基材の前記溝が形成された面とが接合されて前記流入口が開口する面と前記溝とで前記流入口に接続する液体流路が形成され、
前記ノズル内の液体を帯電させる電極と、前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルに形成されるメニスカスを制御する加圧手段とが設けられ、
前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材及び前記溝形成基材のヤング率が、前記複合基材を構成する前記吐出口が開口する基材のヤング率より高く、
前記複合基材を構成する前記吐出口が開口する基材の体積抵抗率が、前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材の体積抵抗率より高いことを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記複合基材を構成する前記吐出口が開口する基材が樹脂材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材と、前記溝形成基材とが、ともにシリコン材料からなり、ガラス薄膜を介した陽極接合により接合されてなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材がガラス材料からなり、前記溝形成基材がシリコン材料からなり、この両基材が陽極接合により接合されてなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項６】
単一基材に、吐出口と流入口とを相対する面に開口させるノズルが形成されてなるノズル形成基材と、
少なくとも一面に溝が形成された溝形成基材とを有し、
前記ノズル形成基材の前記流入口が開口する面と前記溝形成基材の前記溝が形成された面とが接合されて前記流入口が開口する面と前記溝とで前記流入口に接続する液体流路が形成され、
前記ノズル内の液体を帯電させる電極と、前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルに形成されるメニスカスを制御する加圧手段とが設けられ、
前記単一基材及び前記溝形成基材がヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料で構成されてなることを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記吐出口が前記ノズル形成基材に形成された凸部の先端に開口していることを特徴とする請求項６に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記単一基材と、前記溝形成基材とが、ともにシリコン材料からなり、ガラス薄膜を介した陽極接合により接合されてなることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項９】
相互に接合される両基材のそれぞれに、位置合わせ用のパターンが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記液体流路の一部が薄膜によって形成されており、前記加圧手段は前記薄膜を変形させて前記液体流路の容積を変化させるものであることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記薄膜は、エッチングによって前記溝形成基材が薄肉化された部分により構成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記薄膜が、前記溝形成基材上に電鋳法により形成された金属薄膜により構成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記加圧手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記吐出口が２０〔μｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から請求項１３のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記流入口の口径が５０〔μｍ〕以上１００〔μｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記流入口が開口する基材の厚みが５０〔μｍ〕以上２００〔μｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から請求項１５のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッド。
【請求項１７】
第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
第２シリコン基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料を成型して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記第２シリコン基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
第２シリコン基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
感光性樹脂材料に光学的処理を施すフォトリソグラフィー技術により貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記第２シリコン基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
第２シリコン基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料をレーザー穿孔して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記第２シリコン基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２０】
第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程、
第２シリコン基材にエッチングにより凸部と前記凸部先端に吐出口を開口させ、前記凸部の逆側に流入口を開口させるノズルを形成するノズル形成工程、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記流入口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記ノズルに接続する液体流路を組み立てる流路組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２１】
前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材との接合を、接合面のいずれかにガラス薄膜を形成して陽極接合法により行うことを特徴とする請求項１７から請求項２０のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２２】
第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
ガラス基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料を成型して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記ガラス基材の面及び前記ガラス基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記ガラス基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記ガラス基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２３】
第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
ガラス基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
感光性樹脂材料に光学的処理を施すフォトリソグラフィー技術により貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記ガラス基材の面及び前記ガラス基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記ガラス基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記ガラス基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２４】
第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
ガラス基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料をレーザー穿孔して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記ガラス基材の面及び前記ガラス基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記ガラス基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記ガラス基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２５】
前記第１シリコン基材と前記ガラス基材との接合を、陽極接合法により行うことを特徴とする請求項２２から請求項２４のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２６】
前記溝形成工程において、前記溝の底部の一部を周囲より薄肉化させて薄膜を形成することを行い、
前記薄膜に圧電素子を配設する工程を有することを特徴とする請求項１７から請求項２５のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２７】
前記溝形成工程の前に、前記第１シリコン基材に電鋳法により金属薄膜を形成する工程を有し、前記溝形成工程において、前記金属薄膜が形成された面の反対面から前記溝をエッチング形成し、前記溝の底部の一部で前記金属薄膜の一部を露出させることを行い、
前記金属薄膜に圧電素子を配設する工程を有することを特徴とする請求項１７から請求項２５のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電させた液体をノズル先端に導き静電吸引力によって吐出させる静電吸引方式の液体吐出技術に関し、特に、ノズルに形成されるメニスカスを制御する加圧手段を付加した静電吸引方式の液体吐出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録方式として、PZTなどの圧電体の変形によって発生した圧力によりインク流路を変形させインク液滴を吐出させる圧電方式、インク流路内に発熱体を設け、その発熱体を発熱させて気泡を発生させ、気泡によるインク流路内の圧力変化に応じてインク液滴を吐出させるサーマル方式、インク流路内のインクを帯電させてインクの静電吸引力によりインク液滴を吐出させる静電吸引方式が知られる。
【０００３】
また、静電吸引方式の一形態として、圧電体、発熱体などによる加圧手段を付加し、これによりノズル先端のメニスカスを制御することによりインク飛翔と非飛翔を選択した上で、インクを吐出させる静電吸引力を発生させる電圧（吐出電圧）を印加して、インク飛翔が選択されたノズルからインク液滴を吐出する方式、いわゆるメニスカス制御方式が知られる（例えば、特許文献１〜３）。
【０００４】
電界の変化のみによりインク飛翔の選択を含めたインク吐出を制御する純粋静電吸引方式によれば、インク吐出を制御するための電極には比較的高電圧（例えば数百〜数千ボルト）のパルス電圧を印加する必要があり、高電圧用のスイッチング素子が必要となる。
これに対してメニスカス制御型静電吸引方式によれば、制御パルス電圧は圧電素子等を駆動するのに必要な程度の大きさ（例えば数〜数十ボルト）で足りるため、高電圧用のスイッチング素子は必要ないという利点がある。
【特許文献１】特開平５−２７８２１２号公報
【特許文献２】特表平１０−５０１４９１号公報
【特許文献３】特開２００２−１２７４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のメニスカス制御型静電吸引方式においては、メニスカスの変位量に所望の変位量からばらつきが生じると、吐出されるインク量にばらつきが生じたり、吐出させるべきノズルからインクが吐出されなかったりすることがあるため、メニスカスの変位量を精度よく制御することが重要となる。
【０００６】
そこで、本発明は、ノズルに形成されるメニスカスの変位量を精度よく制御し、所望の量の液体を精度よく安定して吐出することができる静電吸引式液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、複数の基材が接合されてなる複合基材に、前記複数の基材を貫通し、吐出口と流入口とを相対する面に開口させるノズルが形成されてなるノズル形成基材と、
少なくとも一面に溝が形成された溝形成基材とを有し、
前記ノズル形成基材の前記流入口が開口する面と前記溝形成基材の前記溝が形成された面とが接合されて前記流入口が開口する面と前記溝とで前記流入口に接続する液体流路が形成され、
前記ノズル内の液体を帯電させる電極と、前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルに形成されるメニスカスを制御する加圧手段とが設けられ、
前記複合基材のうち少なくとも前記流入口が開口する基材及び前記溝形成基材がヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料で構成されてなることを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【０００８】
したがって請求項１記載の発明によれば、ノズル形成基材は、複数の基材が接合されてなる複合基材により構成され、ノズルの流入口が開口する基材及び溝形成基材がヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料で構成されているので、液体流路が高剛性に構成され、加圧手段によって発生した圧力の液体流路の弾性変形による減衰を低いレベルに抑えることができ、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。その一方、ノズルの吐出口が開口する基材の材料を自由に選択しても液体流路の剛性を低下させない。ヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料として、例えば、シリコン、ガラスなどを適用することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、複数の基材が接合されてなる複合基材に、前記複数の基材を貫通し、吐出口と流入口とを相対する面に開口させるノズルが形成されてなるノズル形成基材と、
少なくとも一面に溝が形成された溝形成基材とを有し、
前記ノズル形成基材の前記流入口が開口する面と前記溝形成基材の前記溝が形成された面とが接合されて前記流入口が開口する面と前記溝とで前記流入口に接続する液体流路が形成され、
前記ノズル内の液体を帯電させる電極と、前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルに形成されるメニスカスを制御する加圧手段とが設けられ、
前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材及び前記溝形成基材のヤング率が、前記複合基材を構成する前記吐出口が開口する基材のヤング率より高く、
前記複合基材を構成する前記吐出口が開口する基材の体積抵抗率が、前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材の体積抵抗率より高いことを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００１０】
したがって請求項２記載の発明によれば、ノズル形成基材は、複数の基材が接合されてなる複合基材により構成され、ノズルの流入口が開口する基材及び溝形成基材のヤング率が、ノズルの吐出口が開口する基材のヤング率より高く、ノズルの吐出口が開口する基材の体積抵抗率が、ノズルの流入口が開口する基材の体積抵抗率より高いので、液体流路を高剛性に構成しながらノズル先端側の絶縁性を高めることができる。これにより、加圧手段によって発生した圧力の液体流路の弾性変形による減衰を低いレベルに抑え、メニスカスの変位量を高精度に制御することができるとともに、メニスカス形成部の液に電界強度が集中し、メニスカス形成部の液を確実に吐出する十分な静電吸引力を発生させることができる。したがって、所望の量の液体を精度よく安定して吐出することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記複合基材を構成する前記吐出口が開口する基材が樹脂材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００１２】
したがって請求項３記載の発明によれば、ノズルの吐出口が開口する基材の材料として樹脂材料の中から、絶縁性の高い材料、微細加工しやすい材料、撥水性や耐侵食性の高い材料、量産性や低コスト性に優れる材料等の所望の特性の材料を選択することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材と、前記溝形成基材とが、ともにシリコン材料からなり、ガラス薄膜を介した陽極接合により接合されてなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００１４】
したがって請求項４記載の発明によれば、ノズルの流入口が開口する基材と、溝形成基材とがシリコン材料で構成され、ガラス薄膜を介した陽極接合により接合されいるので、液体流路が高剛性に構成されてメニスカスを高精度に制御することができる。また、接着剤を使用せずにガラス薄膜を形成して陽極接合するので、接着剤を使用する場合のような液体流路へのはみ出しや、吐出対象の液体と不適合性の問題が生じない。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記複合基材を構成する前記流入口が開口する基材がガラス材料からなり、前記溝形成基材がシリコン材料からなり、この両基材が陽極接合により接合されてなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００１６】
したがって請求項５記載の発明によれば、ノズルの流入口が開口する基材がガラス材料で構成され、溝形成基材がシリコン材料で構成され、この両基材が陽極接合により接合されいるので、液体流路が高剛性に構成されてメニスカスを高精度に制御することができる。また、接着剤を使用せずに陽極接合するので、接着剤を使用する場合のような液体流路へのはみ出しや、吐出対象の液体と不適合性の問題が生じない。また、前者の基板がガラス材料であるので、陽極接合を行うためにガラス薄膜を形成する手間もない。
【００１７】
請求項６記載の発明は、単一基材に、吐出口と流入口とを相対する面に開口させるノズルが形成されてなるノズル形成基材と、
少なくとも一面に溝が形成された溝形成基材とを有し、
前記ノズル形成基材の前記流入口が開口する面と前記溝形成基材の前記溝が形成された面とが接合されて前記流入口が開口する面と前記溝とで前記流入口に接続する液体流路が形成され、
前記ノズル内の液体を帯電させる電極と、前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルに形成されるメニスカスを制御する加圧手段とが設けられ、
前記単一基材及び前記溝形成基材がヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料で構成されてなることを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００１８】
したがって請求項６記載の発明によれば、ノズル形成基材は、単一基材により構成され、前記単一基材及び溝形成基材がヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料で構成されているので、液体流路が高剛性に構成され、加圧手段によって発生した圧力の液体流路の弾性変形による減衰を低いレベルに抑えることができ、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、前記吐出口が前記ノズル形成基材に形成された凸部の先端に開口していることを特徴とする請求項６に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００２０】
したがって請求項７記載の発明によれば、突出したノズル先端のメニスカス形成部の液に電界強度が集中し、メニスカス形成部の液を確実に吐出する十分な静電吸引力を発生させることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、前記単一基材と、前記溝形成基材とが、ともにシリコン材料からなり、ガラス薄膜を介した陽極接合により接合されてなることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００２２】
したがって請求項８記載の発明によれば、ノズル形成基材と、溝形成基材とがシリコン材料で構成され、ガラス薄膜を介した陽極接合により接合されいるので、液体流路が高剛性に構成されてメニスカスを高精度に制御することができる。また、接着剤を使用せずにガラス薄膜を形成して陽極接合するので、接着剤を使用する場合のような液体流路へのはみ出しや、吐出対象の液体と不適合性の問題が生じない。
【００２３】
請求項９記載の発明は、相互に接合される両基材のそれぞれに、位置合わせ用のパターンが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００２４】
したがって請求項９記載の発明によれば、相互に接合される両基材のそれぞれに形成された位置合わせ用のパターンにより、両基材の接合時の位置合せを迅速かつ高精度に行うことができる。
位置合わせ用のパターンとしては、貫通孔がよい。両基材の位置合わせ用貫通孔にピンを挿入し、嵌合させることにより位置合せが迅速、確実に終了する。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、前記液体流路の一部が薄膜によって形成されており、前記加圧手段は前記薄膜を変形させて前記液体流路の容積を変化させるものであることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００２６】
したがって請求項１０記載の発明によれば、薄膜の変形により発生した圧力の液体流路の弾性変形による減衰を低いレベルに抑えることができ、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、前記薄膜は、エッチングによって前記溝形成基材が薄肉化された部分により構成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００２８】
したがって請求項１１記載の発明によれば、加圧手段の薄膜がエッチングによって溝形成基材が薄肉化された部分により構成されているので、薄膜が接着剤層などの他素材を介することなく、液体流路の他の内壁に連続して同素材により形成され、接着剤層などの他素材の厚みの影響もなく、エッチング加工により均一に形成し、薄膜の厚みのばらつきによる発生圧力のばらつきを低いレベルに抑えることができ、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、前記薄膜が、前記溝形成基材上に電鋳法により形成された金属薄膜により構成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００３０】
したがって請求項１２記載の発明によれば、電鋳法により高い膜厚精度の薄膜を形成することができ、膜厚精度の高い薄膜により発生圧力を高精度に制御し、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、前記加圧手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００３２】
したがって請求項１３記載の発明によれば、圧電素子の駆動により発生した圧力の液体流路の弾性変形による減衰を低いレベルに抑えることができ、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、前記吐出口が２０〔μｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から請求項１３のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００３４】
したがって請求項１４記載の発明によれば、ノズル吐出口の口径が２０〔μｍ〕以下であるので、隆起したメニスカス形成部の液体を静電吸引力により飛翔させる際に、微小液滴の飛翔に有利となる。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、前記流入口の口径が５０〔μｍ〕以上１００〔μｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００３６】
したがって請求項１５記載の発明によれば、ノズル流入口の口径が５０〔μｍ〕以上であるので、ノズル流路の圧力損失が高まらず、比較的高粘度の液体でもメニスカスを形成させることができる。
また、ノズル流入口の口径が１００〔μｍ〕以下であるので、流入口前の液体流路を一定の高剛性に維持し、液体流路の弾性変形による発生圧力の減衰を低いレベルに抑え、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。
【００３７】
請求項１６記載の発明は、前記流入口が開口する基材の厚みが５０〔μｍ〕以上２００〔μｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から請求項１５のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドである。
【００３８】
したがって請求項１６記載の発明によれば、ノズルの流入口が開口する基材の厚みが５０〔μｍ〕以上であるので、液体流路が十分な高剛性になり、液体流路の弾性変形による発生圧力の減衰を低いレベルに抑え、メニスカスの変位量を高精度に制御することができる。
また、ノズルの流入口が開口する基材の厚みが２００〔μｍ〕以下であるので、ノズル流路の圧力損失が高まらず、比較的高粘度の液体でもメニスカスを形成させることができる。
【００３９】
次に、以上の本発明の静電吸引式液体吐出ヘッドを製造するための有利な製造方法につき開示する。
【００４０】
請求項１７記載の発明は、第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
第２シリコン基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料を成型して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記第２シリコン基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４１】
請求項１８記載の発明は、第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
第２シリコン基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
感光性樹脂材料に光学的処理を施すフォトリソグラフィー技術により貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記第２シリコン基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４２】
請求項１９記載の発明は、第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
第２シリコン基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料をレーザー穿孔して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記第２シリコン基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４３】
請求項２０記載の発明は、第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程、
第２シリコン基材にエッチングにより凸部と前記凸部先端に吐出口を開口させ、前記凸部の逆側に流入口を開口させるノズルを形成するノズル形成工程、
前記溝に前記第２シリコン基材の面及び前記第２シリコン基材の前記流入口を合せて前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材とを接合し、前記ノズルに接続する液体流路を組み立てる流路組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４４】
請求項２１記載の発明は、前記第１シリコン基材と前記第２シリコン基材との接合を、接合面のいずれかにガラス薄膜を形成して陽極接合法により行うことを特徴とする請求項１７から請求項２０のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４５】
請求項２２記載の発明は、第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
ガラス基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料を成型して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記ガラス基材の面及び前記ガラス基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記ガラス基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記ガラス基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４６】
請求項２３記載の発明は、第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
ガラス基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
感光性樹脂材料に光学的処理を施すフォトリソグラフィー技術により貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記ガラス基材の面及び前記ガラス基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記ガラス基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記ガラス基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４７】
請求項２４記載の発明は、第１シリコン基材にエッチングにより溝を形成する溝形成工程と、
ガラス基材にエッチングにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
樹脂材料をレーザー穿孔して貫通孔を有した樹脂基材を形成する樹脂基材形成工程と、
前記溝に前記ガラス基材の面及び前記ガラス基材の前記貫通孔の開口を合せて前記第１シリコン基材と前記ガラス基材とを接合し、前記開口に接続する液体流路を組み立てる流路組立工程と、
前記ガラス基材と前記樹脂基材とを接合し、互いの貫通孔を連接させてノズルを組み立てるノズル組立工程とを有することを特徴とする静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４８】
請求項２５記載の発明は、前記第１シリコン基材と前記ガラス基材との接合を、陽極接合法により行うことを特徴とする請求項２２から請求項２４のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００４９】
請求項２６記載の発明は、前記溝形成工程において、前記溝の底部の一部を周囲より薄肉化させて薄膜を形成することを行い、
前記薄膜に圧電素子を配設する工程を有することを特徴とする請求項１７から請求項２５のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００５０】
請求項２７記載の発明は、前記溝形成工程の前に、前記第１シリコン基材に電鋳法により金属薄膜を形成する工程を有し、前記溝形成工程において、前記金属薄膜が形成された面の反対面から前記溝をエッチング形成し、前記溝の底部の一部で前記金属薄膜の一部を露出させることを行い、
前記金属薄膜に圧電素子を配設する工程を有することを特徴とする請求項１７から請求項２５のうちいずれか一に記載の静電吸引式液体吐出ヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【００５１】
上述したように本発明によれば、加圧手段によって発生した圧力の液体流路の弾性変形による減衰を低いレベルに抑えることができ、ノズルに形成されるメニスカスの変位量を精度よく制御し、所望の量の液体を精度よく安定して吐出することができるという効果がある。また本発明の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によれば、そのような静電吸引型液体吐出ヘッドを有利に製造することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００５３】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき図１を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドは、ノズル形成基材１と、溝形成基材２と、圧電素子３とを備える。
ノズル形成基材１は、樹脂基材４と第２シリコン基材５とを接合した複合基材である。樹脂基材４には、貫通孔６が設けられている。樹脂基材４の貫通孔６の内径は軸方向について一定である。第２シリコン基材５には貫通孔７が設けられている。第２シリコン基材５の貫通孔７の内径は軸方向について一定であり、樹脂基材４の貫通孔６の内径より大きい。
【００５４】
樹脂基材４の第２シリコン基材５との接合面及び貫通孔６の内面には、電極膜８が形成されている。
樹脂基材４の貫通孔６と第２シリコン基材５の貫通孔７とが同軸に配置されて樹脂基材４と第２シリコン基材５とは接着剤層９を介して接合されている。樹脂基材４の貫通孔６と第２シリコン基材５の貫通孔７とでノズル１０が構成されている。ノズル１０は流入口１１から液体を取り込み吐出口１２から液体を吐出する。
【００５５】
貫通孔６の周囲に形成された電極膜８は、貫通孔７の内側の範囲でノズル１０内に露出する。また、貫通孔６の内面に形成された電極膜８もノズル１０内に露出する。電極膜８は、これらのノズル内に露出した部分によりノズル１０に供給される液体に接触し帯電させる。電極膜８と液体との接触を確実にするためには、本実施形態のように電極膜８を貫通孔６の内面にまで形成することが好ましい。電極膜８を貫通孔６の内面に形成しない場合においても、貫通孔７を貫通孔６より大径にすることによりノズル段差部で電極膜８を露出させ、電極膜８の液体に対する接触面を大きくすることができる。
【００５６】
溝形成基材２は、シリコン基材であり、本発明の製造方法における第１シリコン基材に相当する。溝形成基材２の第２シリコン基材５と接合する面には溝１３が形成されている。溝形成基材２と第２シリコン基材５とはガラス薄膜１４を介して陽極接合法により接合され、溝１３と第２シリコン基材５の流入口１１が開口する面とで液体加圧室１５を含む液体流路が形成されている。
【００５７】
液体流路の一端は、液体加圧室１５で構成されており、図示しないが他端の液体供給口まで形成されている。液体加圧室１５はノズル１０の流入口１１直前に配置されており、ノズル１０に液体を供給する流路の一部となっている。また、流入口１１に対向する液体加圧室１５の底部は薄膜１６で構成されている。薄膜１６の液体加圧室１５の外側となる面には圧電素子３が付設されており、圧電素子３の駆動によって薄膜１６が変形し、液体加圧室１５の容積を変化させる。液体加圧室１５の容積変化によりノズル１０に形成されるメニスカスが変化する。
圧電素子３としては、加圧力のみにより吐出するインクジェットヘッドに多用されているＰＺＴを用いても良いが、静電吸引式液体吐出ヘッドの場合、吐出力は主に静電吸引力で発生させ、圧電素子３はメニスカスを制御できるだけの圧力を発生できればよいので、圧電素子３としては、ＰＺＴより圧電定数の弱い圧電材料を適用しても良い。
【００５８】
吐出口１２の口径は、微小液滴の飛翔のため、２０〔μｍ〕以下とする。流入口１１の口径は、５０〔μｍ〕以上１００〔μｍ〕以下とする。本実施形態であれば、貫通孔６の径を２０〔μｍ〕以下とし、貫通孔７の径を５０〔μｍ〕以上１００〔μｍ〕以下とする。
本実施形態に拘わらず、貫通孔６及び／又は貫通孔７を吐出口１２に近い断面ほど面積が減少する先細り形状に形成しても良い。貫通孔６と貫通孔７の連結部においては貫通孔７の径は貫通孔６の径と同一又はそれ以上とする。
【００５９】
樹脂基材４の材料は、例えば、表１の中から選択することができ、厚みｄ２は例えば表１に示すように１５０〔μｍ〕に設定する。各樹脂材料のヤング率、体積抵抗率は表１に示すとおりである。
第２シリコン基材５は、シリコンに代え、硼珪酸ガラスを材料として適用でき、いずれの材料でも表１に示す樹脂材料と任意に組み合わせることができる。また、厚みｄ１は５０〔μｍ〕以上２００〔μｍ〕以下が好ましく、例えば表２に示すように１００〔μｍ〕に設定する。各材料のヤング率は表２に示すとおりである。
溝形成基材（第１シリコン基材）２についても、シリコンに代え、硼珪酸ガラスを材料として適用してもよい。溝形成基材（第１シリコン基材）２及び第２シリコン基材５は、液体流路を高剛性にするためヤング率の高い材料が好ましく、ヤング率５０〔ＧＰａ〕以上の材料を適用する。
【００６０】
【表１】
2006137060.tif 000003
【００６１】
【表２】
2006137060.tif 000004
【００６２】
液体流路を高剛性に構成するため、溝形成基材（第１シリコン基材）２及び第２シリコン基材５に適用される材料のヤング率としては、５０〔ＧＰａ〕以上が好ましい。
溝形成基材（第１シリコン基材）２及び第２シリコン基材５により液体流路が高剛性に構成されるため、ヘッド表面側の基材としては主に絶縁性を優先して本実施形態のように樹脂基材４を使用する。また、樹脂材料を用いることにより、作製方法の多様化、生産性の向上、低コスト化を図ることができる。
樹脂基材４に適用する電気伝導度の低い材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＥＴ）、ポリサルフォン樹脂のほか、４フッ化エチレン樹脂、ポリエチレン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン−２、６−ナフタレンジカルボキシレート樹脂（ＰＥＮ）、ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ）などが挙げられる。
【００６３】
本静電吸引式液体吐出ヘッドは、以上のノズル１０、液体加圧室１５及び圧電素子３の構成が多数設けられた多ノズルヘッドである。図示しない対向電極板上に記録基材が保持され、インク吐出動作は次ぎのように行われる。
【００６４】
吐出対象の液体を液体流路を通して各ノズル１０まで供給する。ノズル１０に進入した液体は、電極膜８に接触して帯電する。
電極膜８と対向電極との間の電圧が所定の吐出電圧より低い状態において、圧電素子３を駆動して吐出動作させるノズルに形成されるメニスカスを吐出電圧下で飛翔する程度の凸に制御し、吐出動作させないノズルに形成されるメニスカスは、吐出電圧下で飛翔しない程度の水準に制御しておく。その上で、電極膜８と対向電極との間に吐出電圧を印加し、吐出動作させるノズルとして選択されたノズルから液滴を静電吸引力によって吐出し、対向電極上の記録基材に着弾させる。以上のようにして、多ノズルから液滴を選択的に吐出する。
【００６５】
本実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドの作製にあたっては、以下に挙げる方法を適用する。
【００６６】
樹脂基材４に貫通孔６を形成する方法としては、（１）フィルム状の樹脂材料にレーザー穿孔する方法、（２）金型を用い、貫通孔６の部分を含めて樹脂基材４全体を成型する方法、（３）感光性樹脂（フォトレジスト）を用い、フォトリソグラフィー技術により貫通孔６を形成する方法などが挙げられる。
また、複数の方法を組み合わせて樹脂材料に貫通孔を形成しても良い。例えば、樹脂材料に成型により凹部形状の部分を形成し、この凹部形状の部分にレーザー穿孔して貫通孔を形成する方法などを用いても良い。
【００６７】
溝１３や貫通孔７は、フォトリソグラフィー技術を用いた選択的エッチングにより形成する。エッチング方法としては、ドライエッチングが好ましい。溝１３内の空間がそのまま液体流路内の空間となるので、溝１３は、作製しようとする液体流路の形状に形成する。
【００６８】
溝１３の底部の薄膜１６は、溝１３を形成する工程の後、第１シリコン基材２の溝１３が形成された面の反対面の圧電素子３が付設される部分をエッチング加工することにより、所望の薄さに薄膜化させて形成する。又は、薄膜１６は、圧電素子３が付設される溝１３の底部のみ特別にエッチングして他より深く掘り下げて形成しても良い。前記２方法を両方実施しても良い。
【００６９】
樹脂基材４に貫通孔６を形成した後、樹脂基材４と第２シリコン基材５を接合する前に、樹脂基材４の第２シリコン基材５に接合する側の面及び貫通孔６内に電極膜８を形成する。蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法などにより導電性薄膜を形成し、これを電極膜８とする。
【００７０】
樹脂基材４に電極膜８を形成した後、樹脂基材４と第２シリコン基材５を、接着剤層９を介して接合する。この接合の際、貫通孔６と貫通孔７の軸を合せることによって、貫通孔６と貫通孔７とを連接し、ノズル１０を組み立てる。接合される両基材４，５の位置合わせは、図２に示すように位置合わせ用の貫通孔１７,１８を両基材４，５の縁、四隅等に（合計で２箇所以上）予め形成しておき、対応する貫通孔１７と貫通孔１８とに同時に一つのピンを挿し込むことによって行う。
【００７１】
溝形成基材２と第２シリコン基材５との接合は、以下のような陽極接合法により行う。陽極接合法では接合される面の一方がガラスである必要があるため、まず、接合される面の一方にスパッタリング又はＣＶＤ法により厚さ２〔μｍ〕の硼珪酸ガラスのガラス薄膜１４を形成する。続いて、両基材２，５をガラス薄膜１４を介して接触させる。この時、両基材２，５の位置合わせは、図２に示すように位置合わせ用の貫通孔１７,１８を両基材２，５の縁、四隅等に（合計で２箇所以上）予め形成しておき、対応する貫通孔１７と貫通孔１８とに同時に一つのピンを挿し込むことによって行う。両基材２，５をガラス薄膜１４を介して接触させた状態で、３５０℃〜４５０℃に加熱し、両基材２，５間にリーク電流が流れる寸前の電圧を印加することにより、両基材２，５を接合する。
両基材２，５の少なくともいずれか一方をガラス材料としている場合には、ガラス薄膜１４を形成する工程を省略して行う。
溝形成基材２と第２シリコン基材５とが接合されることによって、ノズル１０に接続する液体流路が組み立てられる。
液体流路の組立て後に、薄膜１６に圧電素子３を付設する。
【００７２】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき図３を参照して説明する。図３は本発明の第２実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
図３に示すように、本実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドは、上記第１実施形態に対し、液体流路及び加圧手段の構成要素である薄膜をＮｉ電鋳膜１９により金属薄膜で構成した点が異なり、その他の構成は上記第１実施形態と同一である。
【００７３】
金属薄膜の形成方法を説明する。
まず、溝１３を溝形成基材２に形成する前において、溝形成基材２の片面に蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法等により導電性薄膜９０を形成する。次に、この導電性薄膜９０を電極として用いて、電鋳法によりＮｉ電鋳膜１９を形成する。次に、Ｎｉ電鋳膜１９が形成された面の反対面からシリコンをドライエッチングし、Ｎｉ電鋳膜１９まで達するまで続けて溝１３を形成する。Ｎｉ電鋳膜１９の溝１３の底部を構成する部分が液体流路及び加圧手段の構成要素となる。この部分に圧電素子３を配設する。
【００７４】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき図４を参照して説明する。図４は本発明の第３実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
図４に示すように、本実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドは、上記第１実施形態に対し、樹脂基材４、電極膜８及び接着剤層９を排し、第２シリコン基材２０のみによってノズル２１を形成し、電極膜２５を表面に形成した点が異なり、その他の構成は上記第１実施形態と同一である。すなわち、第２シリコン基材２０のみによってノズル形成基材が構成される。
【００７５】
第２シリコン基材２０の形成方法について説明する。
フォトリソグラフィー技術により、凸部２２を形成する部分の周囲の素材をドライエッチングして除去するとともに、凸部２２の先端から凸部２２の反対面まで貫通する貫通孔をドライエッチングして形成し、これをノズル２１とする。
その後、第２シリコン基材２０の凸部２２が形成された面に蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法などにより導電性薄膜を形成し、これを電極膜２５とする。電極膜２５と液体との接触を確実にするために電極膜２５は、凸部２２の先端からノズル２１内面に及ぶように形成する。
その後、上記第１実施形態と同様に、第２シリコン基材２０を第１シリコン基材２にガラス薄膜１４を介して陽極接合する。
【００７６】
作製された第２シリコン基材２０には、凸部２２と凸部２２先端に吐出口２４を開口させるノズル２１が形成されている。
本実施形態のノズル２１は、流入口２３から吐出口２４まで断面一定のノズルであり、任意の径に設定される。
本実施形態に拘わらず、ノズル２１を吐出口２４に近い断面ほど面積が減少する先細り形状に形成しても良い。この場合、吐出口２４を２０〔μｍ〕以下とし、かつ、流入口１１の口径を５０〔μｍ〕以上１００〔μｍ〕以下とすることができる。
好ましくは、５０〔μｍ〕以上２００〔μｍ〕以下に設定すべき基材の厚みは、凸部２２を除く第２シリコン基材２０の図示する厚みｄ１である。
【００７７】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態につき図５を参照して説明する。図５は本発明の第４実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
図５に示すように、本実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドは、上記第３実施形態に対し、液体流路及び加圧手段の構成要素である薄膜をＮｉ電鋳膜１９により金属薄膜で構成した点が異なり、その他の構成は上記第３実施形態と同一である。金属薄膜は、上記第２の実施形態と同様に形成する。
【００７８】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態につき図６〜図１０を参照して説明する。本実施形態は上記第１〜第４実施形態の４分類のうち上記第１実施形態と同類に属するものである。
以下に製造過程に沿って説明する。図６及び図７は、本発明の第５実施形態の第２シリコン基材の形成工程を示す断面図である。図８及び図９は、本発明の第５実施形態の第１シリコン基材の形成工程を示す断面図である。図１０は、本発明の第５実施形態の組立工程示す断面図である。
【００７９】
〔第２シリコン基材形成工程〕
まず、図６（１）に示すように、シリコン基板３０の表裏に酸化膜３１,３２を形成する。このとき、フォトリソグラフィー技術によりレジストマスクでマスキングして熱酸化法等により酸化膜を形成する工程を２段階施し、開口部３３及び２段構造を有する酸化膜３１を形成する。酸化膜３２は全面に形成する。
【００８０】
次に、図６（２）に示すように、酸化膜３１,３２をマスクとして、ICP(Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ)法により、開口部３３を介してシリコン基板３０表面をエッチングし、裏面に達しない所定の深さまで掘り下げる。
【００８１】
次に、図６（３）に示すように、酸化膜３１が１段になるまで酸化膜３１のシリコン酸化物を反応性イオンエッチングで除去する。これにより酸化膜３１に開口部３４が生じる
【００８２】
次に、図７（４）に示すように、酸化膜３１,３２をマスクとして、ICP法により、開口部３３,３４を介してシリコンをエッチングし、開口部３３下が貫通するまで掘り下げる。
【００８３】
次に、図７（５）に示すように、酸化膜３１,３２を反応性イオンエッチングで除去し、その後、表面処理としてシリコン基板３０をＴＥＯＳ（図示せず）でコーティングし、これを第２シリコン基材として使用する。
以上のようにして作製された第２シリコン基材３５は、ノズルの一部となる貫通孔３６と、接着剤止め穴３７を有する。
【００８４】
〔溝形成基材（第１シリコン基材）形成工程〕
一方、図８（１）に示すように、シリコン基板４０の表裏に酸化膜４１,４２を形成する。このとき、フォトリソグラフィー技術によりレジストマスクでマスキングして熱酸化法等により酸化膜を形成する工程を２段階施し、開口部４３〜４５及び２段構造を有する酸化膜４１を形成する。酸化膜４２には開口部４６,４７を形成する。
【００８５】
次に、図８（２）に示すように、酸化膜４１をマスクとして、ICP法により、開口部４３〜４５を介してシリコン基板４０表面をエッチングし、裏面に達しない所定の深さまで掘り下げる。
【００８６】
次に、図８（３）に示すように、酸化膜４１が１段になるまで酸化膜４１のシリコン酸化物を反応性イオンエッチングで除去する。これにより酸化膜４１に開口部４８,４９が生じる
【００８７】
次に、図８（４）に示すように、レジストマスク５０で図８（２）の工程で形成したダイシングラインのコーナー目印５１をマスクした後、酸化膜４１をマスクとして、ICP法により、開口部４４，４５，４８，４９を介してシリコン基板４０表面をエッチングし、裏面に達しない所定の深さまでさらに掘り下げる。
【００８８】
次に、図９（５）に示すように、酸化膜４２をマスクとして、ICP法により、開口部４６,４７を介してシリコン基板４０裏面をエッチングし、図８（２）（４）の工程で掘り下げた裏面開口部４４，４５下の穴に達するまで掘り下げ貫通させる。このとき、図８（４）の工程で掘り下げた開口部４８，４９下の穴には達しないようにする。
【００８９】
次に、図９（６）に示すように、酸化膜３１,３２を反応性イオンエッチングで除去し、その後、表面処理としてシリコン基板４０をＴＥＯＳでコーティングし、ＴＥＯＳコート（図示せず）を下地として接合用のガラス薄膜５２を形成するテンパックスをコーティングする。これを第１シリコン基材５３として使用する。
【００９０】
以上のようにして作製された第１シリコン基材５３は、加圧用の薄膜５４が底部に形成された複数の液体流路用溝５５,５５・・・と、複数の液体流路用溝５５,５５・・・が合流する共通供給路用溝５６と、位置合わせ用貫通孔５７と、圧電素子設置位置検出用貫通孔５８と、ダイシングラインのコーナー目印５１とを有する。  
【００９１】
〔ヘッド組立て工程〕
以上のようにして作製された第１シリコン基材５３及び第２シリコン基材３５と、別途成型したノズル先端部となる貫通孔６１を有する樹脂基材６０とにより本実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを組み立てる。樹脂基材６０には、電極金属膜６２を形成しておく。
【００９２】
図１０（１）に示すように、液体流路用溝５５上に貫通孔３６が配置されるように、第１シリコン基材５３上に第２シリコン基材３５を配置する。両基材３５，５３をガラス薄膜５２を介して接触させた状態で、３５０℃〜４５０℃に加熱し、両基材３５，５３間にリーク電流が流れる寸前の電圧を印加して両基材３５，５３を陽極接合する。
【００９３】
一方、図１０（２）に示すように、貫通孔３６上に貫通孔６１が配置されるように、第２シリコン基材３５上に樹脂基材６０を接着剤を介して配置する。これにより接着剤層６３を介して両基材３５，６０が接合される。接着時、余分な接着剤が貫通孔３６を包囲するように形成された接着剤止め穴３７に流入することによって貫通孔３６,６１に接着剤が流入することが防がれる。これにより吐出対象の液体に接着剤による悪影響を与えない。
【００９４】
最後に、薄膜５４に圧電素子３を付設する。なお、圧電素子３の付設には、圧電素子駆動用の電極パターニング、圧電素子貼付が含まれる。その後、必要な配線接続、パッケージングが行われる。
【００９５】
〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態につき図１１〜図１３を参照して説明する。本実施形態は上記第１〜第４実施形態の４分類のうち上記第３実施形態と同類に属するものである。
以下に製造過程に沿って説明する。図１１〜図１３は、本発明の第６実施形態のノズル形成基材（第２シリコン基材）の形成工程を示す断面図である。
【００９６】
まず、図１１（１）に示すように、シリコン基板７０の表裏に酸化膜７１ａ,７１ｂ,７２を形成する。このとき、フォトリソグラフィー技術によりレジストマスクでマスキングして熱酸化法等により酸化膜を形成する工程を２段階施して、酸化膜７１ａより酸化膜７１ｂを薄くするとともに、酸化膜７１ｂを包囲する開口部７３を形成する。酸化膜７２には開口部７４を形成する。
【００９７】
次に、図１１（２）に示すように、酸化膜７１ａ,７１ｂの上からＳｉ３Ｎ４層７５をスパッタリングにより形成し、さらにＳｉ３Ｎ４層７５の上にＡｌ層７６をスパッタリングにより形成する。
【００９８】
次に、図１１（３）に示すように、Ａｌ層７６の酸化膜７１ｂの中央上に開口部７７をレジストでマスクの上、エッチングして形成する。
【００９９】
次に、図１１（４）に示すように、酸化膜７３をマスクとして、ICP法により、開口部７４を介してシリコン基板７０裏面をエッチングし、酸化膜７１ｂに達しない所定の深さまで掘り下げる。
【０１００】
次に、図１２（５）に示すように、Ａｌ層７６をマスクとして、反応性イオンエッチングにより、開口部７７を介してＳｉ３Ｎ４層７５、酸化膜７１ｂをエッチングして掘り下げ、さらにICP法によりシリコン基板７０表面をエッチングして、図１２（４）の工程で掘り下げた裏面開口部７４下の穴に達するまで掘り下げ貫通させる。
【０１０１】
次に、図１２（６）に示すように、Ａｌ層７６を除去した後、熱酸化法により、前工程までで形成された貫通孔７８の内面に酸化膜７９を形成する。
【０１０２】
次に、図１２（７）に示すように、反応性イオンエッチングにより、Ｓｉ３Ｎ４層７５を除去する。
【０１０３】
次に、図１３（８）に示すように、開口部７３を介してICP法によりシリコン基板７０表面をエッチングし、貫通孔７８の周囲を掘り下げる。
【０１０４】
次に、図１３（９）に示すように、反応性イオンエッチングにより、厚めの方の酸化膜７１が残り、薄めの方の酸化膜７１ｂが無くなるまでエッチングして酸化膜７１ｂを除去する。
【０１０５】
次に、図１３（１０）に示すように、ICP法によりシリコン基板７０表面をエッチングし、貫通孔７８の内面に形成された酸化膜７９の先端を筒状に露出させるとともに、貫通孔７８の周囲のシリコンをさらに掘り下げる。
【０１０６】
次に、図１３（１１）に示すように、スパッタリングにより電極金属膜８０をシリコン基板７０表面に形成する。このとき、電極金属膜８０は筒状の酸化膜７９の先端切り口を覆う。
【０１０７】
以上の工程により作製された基板をノズル形成基材として使用する。以上の工程により作製されたノズル形成基材８１には、シリコンの凸部８２の先端からさらに筒状に突出するシリコン酸化物のノズル先端部８３が形成されており、ノズル先端部８３の先端切り口を吐出口とする段付き先端極細ノズルが構成される。かかるノズル形成基材８１は、非常に微小の液滴の吐出を高精度に行うことを可能とする。
【０１０８】
その後、第５の実施形態と同様にして、ノズル形成基材８１の裏面に第１シリコン基材５３を接合し、圧電素子３を付設する。
【０１０９】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、以上の実施形態においては、圧電体を利用した加圧手段を構成したが、発熱体を利用した加圧手段を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【図２】位置合わせ用の貫通孔の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態の静電吸引式液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態の第２シリコン基材の形成工程を示す断面図である。
【図７】図６に続く、本発明の第５実施形態の第２シリコン基材の形成工程を示す断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態の第１シリコン基材の形成工程を示す断面図である。
【図９】図８に続く、本発明の第５実施形態の第１シリコン基材の形成工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態の組立工程示す断面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態のノズル形成基材（第２シリコン基材）の形成工程を示す断面図である。
【図１２】図１１に続く、本発明の第６実施形態のノズル形成基材（第２シリコン基材）の形成工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に続く、本発明の第６実施形態のノズル形成基材（第２シリコン基材）の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１     ノズル形成基材
２     第１シリコン基材（溝形成基材）
３     圧電素子
４     樹脂基材
５     第２シリコン基材
６     貫通孔
７     貫通孔
８     電極膜
９     接着剤層
１０   ノズル
１１   流入口
１２   吐出口
１３   溝
１４   ガラス薄膜
１５   液体加圧室（液体流路の一部）
１６   薄膜
１７   貫通孔
１８   貫通孔
１９   電鋳膜
２０   第２シリコン基材
２１   ノズル
２２   凸部
２３   流入口
２４   吐出口
２５   電極膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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